Bài giảng điện tử ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA

BÀI GIẢNG

Điện tử ứng dụng

Trong k Trong kĩ thuật điều khiển công nghi n công nghiệp

và tự động hóa

GVC. Th.s. Nguy GVC. Th.s. Nguyễn Hoàng Mai

Tel: 0988841568 Tel: 0988841568

Vùng dẫn

Chương 1: Dụng cụ bán dẫn

$1: Khái niệm chất bán dẫn

• Mức chặt còn gọi là mức hoá trị: năng lượng Eo

• Mức tự do còn gọi là mức dẫn: năng lượng Ed

• Năng lượng kích thích tối thiểu: ∆Ed=Ed – Eo

Mức

tự do Mức chặt (hóa trị)

∆Ed

Ed

Eo

∆Ed

Vùng hoá trị

Khái niệm chất bán dẫn

• Độ tinh khiết của chất bán dẫn rất cao 1e+2 -:-

1e+4 nguyên tử trong một centimet khối Si hoặc

Ge (lưu ý là có khoảng 1023 nguyên tử Si/centimet

khối

Vùng hoá trị

Vùng dẫn

Vùng hoá trị

∆E lớn

E

Cách điện

Vùng dẫn

Vùng hoá trị

∆E nhỏ

E

Bán dẫn điện

Vùng dẫn

E

Dẫn điện

∆E<0

Vùng

chung

• Đối v

ới các

đ

i

ện tử

l

ớp bên trong, nhi

ễu lo

ạn do các

nguyên tử láng gi

ềng gây ra y

ếu nên chúng liên k

ết m

ạnh

v

ới h

ạt nhân

• Các

đ

i

ện tử

l

ớp ngoài ch

ịu

ảnh hưởng l

ớn c

ủa các

đ

i

ện tử

láng gi

ềng nên s

ự tách m

ức n

ăng lượng x

ảy ra trên m

ột

vùng r

ộng, gây nên hi

ện tượng ch

ồng ph

ủ các m

ức n

ăng

lượng lên nhau.

• V

ới Si, l

ớp ngoài cùng được t

ạo thành b

ởi 2

đ

i

ện tử p và 2

đ

i

ện tử s. Khi tinh th

ể được t

ạo thành thì các vùng do các

m

ức 3p và 3s tách ra ch

ồng ph

ủ lên nhau, hai

đ

i

ện tử 3s và

hai

đ

i

ện tử 3p t

ạo nên m

ột vùng đầy g

ọi là vùng hóa tr

ị,

b

ốn v

ị trí còn l

ại trên m

ức 3p nhóm thành m

ột vùng ch

ưa

bi

ết g

ọi là vùng d

ẫn.

Liên kết mạng Si

• Liên kết cộng hoá trị được sử dụng trong mạng.

• Nếu có kích thích năng lượng sẽ tạo ra một ion dương và

một điện tử tự do

• Số lượng điện tích rất ít nên không ứng dụng được

Điện tử phân bố theo thống kê Fermi-Dirac với xác suất chiếm

mức năng lượng:

Trong đó:

K = 8,63.10-5eV/K là hằng số Boltzman

T: nhiệt độ tuyệt đối

EF là mức năng lượng Fermi được xác định từ biểu thức:

  − + = KT E E f E F 1 exp 1 ( )

∫∞ = 0 n 2N(E) f (E)d(E)

n là nồng độ điện tử,

Bán dẫn pha tạp chất hoá trị 3 - loại p (plus)

• Pha tạp chất hoá trị 3 (Al, B) để tăng khả năng thu hút điện tử, ta có

loại dẫn điện bằng lỗ trống.

Bán dẫn pha tạp chất hoá trị 5 - loại n (negative)

• Pha tạp chất hoá trị 5 (P) sẽ tạo 1 điện tử dư khi liên kết cộng hoá trị

nên điện tử này sẽ dễ tự do và chuyển động trong điện trường tạo nên

dòng điện tử, loại n được gọi là bán dẫn dẫn điện bằng điện tử.